Covalent Organic Frameworks with Tunable Chirality for Chiral-Induced Spin Selectivity

化学 手性(物理) 选择性 共价键 对映选择合成 对映体药物 圆二色性 对映体 光化学 结晶学 立体化学 有机化学 催化作用 量子力学 Nambu–Jona Lasinio模型 手征对称破缺 物理 夸克
作者
Xing Han,Chao Jiang,Bang Hou,Yan Liu,Yong Cui
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (10): 6733-6743 被引量:43
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13032
摘要

Chiral covalent organic frameworks (CCOFs) have attracted extensive interest for their potential applications in various enantioselective processes. However, the exploitation of chirality-induced spin selectivity (CISS) that enables a new technology for the injection of spin polarized current without the need for a permanent magnetic layer within CCOFs remains a largely untapped area of research. Here, we demonstrate that, for the first time, COFs can be an attractive platform to develop spin filter materials with efficient CISS. This facilitates the design and synthesis of a new family of Zn(salen)-based 2D CCOFs, namely, CCOFs-9-12, by imine condensation of chiral 1,2-diaminocyclohexane and tri- or tetra(salicylaldehyde) derivatives. CCOF-9, distinguished by its unique C2 symmetric "armchair" tetrasubstituted pyrene conformation, exhibits the most pronounced chirality among these materials and serves as a solid-state host, enabling the enantioselective adsorption of racemic drugs with an enantiomeric excess (ee) of up to 97%. After substituting diamagnetic zinc(II) ions for paramagnetic cobalt(II), the resulting CCOF-9-Co not only retains its high crystallinity, porosity, and exceptional chirality but also exhibits enhanced conductivity, a crucial factor for the effective observation of CISS. Magnetic conductive atomic force microscopy showed that CCOF-9-Co exhibited a remarkable CISS effect with up to an 88-94% spin polarization ratio. This phenomenon is further confirmed by the increased intensity in the magnetic circular dichroism (MCD) when CCOF-9-Co is under an external magnetic field. This work therefore shows the tremendous potential of CCOFs for controlling spin selectivity and will stimulate the creation of new types of crystalline polymers with strong CISS effects for spin filters.
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